Projektbeschreibung
Additive Fertigung mit atomarer Auflösung für Solarzellen
Die additive Fertigung mit Atomlagen wird sich zu einer großen Sache entwickeln. Das EU-finanzierte Projekt ALAMS, bei dem es um die Prototyperstellung von Solarzellen in großen Anordnungen von Mikrobauteilen geht, beschäftigt sich mit diesem Thema. Das Konzept kombiniert die Prinzipien der additiven Fertigung (3D-Druck) mit der atomaren Auflösung, die durch die Dünnschichttechnik der Atomlagenabscheidung erreicht wird. Im Mittelpunkt des Prototyps steht ein Druckkopf, der die Ausgangsstoffe der Atomlagenabscheidung in die Gasphase in der Nähe der Substratoberfläche einbringt, wobei ein mikrofluidisches Element eine laterale Auflösung in der Größenordnung von Mikrometern bereitstellt. Im Rahmen des Projekts wird dieses Konzept auf diese spezifische Fallstudie angewandt. Das Konzept ist jedoch über die Grenzen der Photovoltaik hinaus gültig und könnte auch die additive Fertigung und mikroelektromechanische Systeme verbessern.
Ziel
"The ALAMS project will provide the first application of ""atomic-layer additive manufacturing"" (ALAM), namely for the prototyping of solar cells in large arrays of microdevices. The ALAM concept combines the principles of additive manufacturing (3D printing) with the atomic resolution achieved by the thin coating technique atomic layer deposition (ALD). In ALD, atomic-level control is achieved by judiciously designing the surface reaction chemistry of molecular precursors at near-room temperature for it to become self-limiting. This renders experimental use of ALD very robust to a wide range of parameter variations, since the film growth occurs in a cyclic, layer-by-layer mode. This advantage will be exploited towards 3D printing, an area of application that ALD has never been used for until we built the first ALAM prototype in November
2019. This prototype centers around a printhead that delivers the ALD precursors to the gas phase in the vicinity of the substrate surface, with a microfluidic element delivering a lateral resolution on the order of micrometers. The motion of the printhead with respect to the substrate allows the user to ‘print’ lines and structures of arbitrarily chosen geometries, whereby each pass over a given point of the substrate adds to it exactly the amount of material corresponding to one ALD monolayer, that is, a thickness typically on the order of an atom, or 0.1 nanometer (depending on the exact ALD reaction used). After developing the ALD chemistry needed for ALAM of the materials required to generate photovoltaic stacks, the ALAMS PoC project will apply it to a case study, namely the rapid prototyping of solar cell microdevices in large arrays. The ALAM concept, however, is valid beyond the confines of photovoltaic research. Its commercial potential stems from its position at the convergence of two highly modern, fast-growing markets, namely, additive manufacturing ('3D printing') and microelectromechanical systems (MEMS)."
Wissenschaftliches Gebiet
- engineering and technologymaterials engineeringcoating and films
- natural sciencesmathematicspure mathematicsgeometry
- engineering and technologymechanical engineeringmanufacturing engineeringadditive manufacturing
- engineering and technologyenvironmental engineeringenergy and fuelsrenewable energysolar energyphotovoltaic
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
HORIZON-ERC-POC - HORIZON ERC Proof of Concept GrantsGastgebende Einrichtung
91054 Erlangen
Deutschland